DE430701C

DE430701C - Oszillograph zur punktweisen Aufnahme periodischer elektrischer Erscheinungen mittels kurzzeitiger Einschaltung der elektrischen Erscheinung in den Stromkreis einer Messvorrichtung

Info

Publication number: DE430701C
Application number: DES69045D
Authority: DE
Inventors: Dr Rudolf G Berthold; Dr Ernst Luebcke
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Priority date: 1925-02-28
Filing date: 1925-02-28
Publication date: 1926-06-24

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
24. J UN 11926

REICHS PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

- Λϊ 430701 KLASSE 21 e GRUPPEIl

(S 69045 Vlll/sie)

einer Meßvorrichtung.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 28. Februar 1925 ab.

Man kann bekanntlich die Kurvenform von -periodischen elektrischen Erscheinungen (Spannungs- oder Stromkurven) mit Hilfe der sogenannten Joubert-Scheibe punktweise dadurch bestimmen, daß man mit Hilfe eines synchron 'umlaufenden Kontaktes die periodische Erscheinung kurzzeitig an einer bestimmten Stelle der aufzunehmenden Kurve mit dem Stromkreis eines Meßinstrumentes verbindet. Der Ausschlag des Meßinstrumentes gibt dann ein Maß für den Momentanwert der elektrischen Erscheinung an der betreffenden Stelle der Kurve. Der Kontakt ist dabei zeitlich einstellbar, so daß man durch Verschiebung des Kontaktes beliebige Stellen der Stromkurve aufnehmen kann.

Eine derartige Anordnung hat nun den Nachteil, daß namentlich bei der Aufnahme von hochfrequenten elektrischen Erscheinungen die Dauer des Kontaktes an der Joubert-Scheibe im Verhältnis zur Dauer einer Periode groß ist, so daß das Meßinstrument nicht den zeitlichen Momentanwert der elektrischen Erscheinung anzeigt, sondern den Mittelwert über die Kontaktdauer i. Man kann daher mit der Joubert-Scheibe nur verhältnismäßig niederfrequente Vorgänge aufnehmen. Besitzt dann die periodische Erscheinung außerdem übergelagerte Oberwellen, dann kommen diese bei der punktweisen Aufnahme mit der bisherigen Vorrichtung gewöhnlich nicht zur Erscheinung. .

Abb. ι der Zeichnung zeigt z. B. die Kurvenform von auf Freileitungen auftretenden Wanderwellen, die mit Hilfe eines Schalters künstlich und in periodisch wiederkehrenden

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

Dr. Rudolf G. Berlhold und Dr. Ernsl Lilbcke in Berlin-Siemensstadt.

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Zeiträumen t¹ erzeugt werden können. Die Wanderwelle selbst klingt dabei erfahrungsgemäß sehr rasch ab und besteht aus einer Reihe von überlagerten Wellen, die eine sehr hohe Frequenz besitzen. Derartige Wanderwellen können daher mit dem geschilderten Oszillographen nicht in befriedigender Weise aufgenommen werden. Einerseits würde sich die Kontaktdauer über einen zu großen Teil ίο der Wanderwelle erstrecken, andererseits wäre die Einstellung der Kontaktlage nicht genügend feinstufig.

Die Nachteile des bisherigen Oszillographen mit punktweiser Aufnahme werden nun nach der Erfindung dadurch beseitigt, daß sowohl die kurzzeitige Einschaltung der elektrischen Erscheinung in den Stromkreis einer Meßvorrichtung als auch die Einstellung der Phasenlage der kurzzeitigen Einschaltung ao durch Elektronenröhren bewirkt wird. Infolge der Verwendung von Elektronenröhren einerseits als Schaltröhre für die kurzzeitige Einschaltung, andererseits als Röhre zur Einstellung dieser Einschaltung auf beliebige Punkte der Periode der elektrischen Erscheinung kann erstens die Dauer der Einschaltzeit Δ t beliebig klein gewählt werden, so daß das Meßinstrument fast den genauen Momentanwert der elektrischen Erscheinung anzeigt; außerdem kann aber auch die Verschiebung dieser Einschaltzeit über die Periode feinstufig durchgeführt werden, so daß die einzeln aufgenommenen Punkte näher aneinanderliegen und so die Kurvenform genauer wiedergeben, als dies bei den bisherigen mechanischen Anordnungen möglich ist. Obzwar sich die neue Oszillographieranordnung auch mit den üblichen Elektronenröhren durchführen läßt, so erweist es sich doch als zweckmäßig, die Elektronenröhren hierzu besonders auszubilden; insbesondere ist es zweckmäßig, Elektronenröhren zu verwenden, bei denen der von der Kathode ausgehende Strom die Form eines Strahlbündels oder eines Bandes besitzt. Man kann dann die Anode der Schaltröhre, die in dem Meßstromkreis der elektrischen Erscheinung liegt, in bezug auf die Kathode und in bezug auf eine Steuerelektrode derart anordnen, daß sie im wesentlichen nur bei der kurzzeitigen Erregung dieser Steuerelektrode von dem Kathodenstrahl der Röhre getroffen wird und so die Meßvorrichtung unter Strom setzt. Die Einstellung der kurzzeitigen Erregung der Steuerelektrode kann z. B. durch eine zweite Elektronenröhre derart durchgeführt werden, daß ein Kathodenstrahl dieser Röhre unter der Einwirkung eines räumlich einstellbaren Drehfeldes z.B. eine kreisförmige Bahn beschreibt und dabei in einem bestimmten, periodisch wiederkehrenden Moment die Steuerelektrode durch Schließen eines geeigneten Stromkreises erregt. Das Drehfeld kann dieselbe Frequenz wie die elektrische Erscheinung besitzen. Es ist aber unter Umständen zweckmäßig, wenn die Frequenz des Drehfeldes ein Vielfaches derjenigen der elektrischen Erscheinung ist. Da die Einschaltzeit des Kathodenstrahles sich entsprechend der Periode des Drehfeldes vermindert, so beträgt sie nunmehr auch einen entsprechend geringeren Teil der Periode der elektrischen Erscheinung. Sie wird also den betreffenden Momentanwert der elektrischen Erscheinung genauer wiedergeben. Diese letzte Anordnung ist namentlich bei der Aufnahme von Wanderwellen zweckmäßig, da die Wanderwellen selbst meist so rasch abklingen, daß sie noch innerhalb einer Periode des Drehfeldes verlaufen, selbst wenn die Frequenz des Drehfeldes ein Vielfaches der Erzeugungsfrequenz der Wanderwellen ist.

In Abb. 2 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das insbesondere dazu dient, elektrische Wanderwellen, die mit Hilfe eines periodisch betätigten Schalters gemäß dem Diagramm der Abb. ι auf einer Leitung ausgelöst werden, punktweise aufzunehmen. 1 ist die Leitung, auf der die Wanderwellen durch den Schalter 2 ausgelöst werden. Der Schalter 2 wird periodisch durch einen Motor 3 geschlossen und geöffnet. Die Aufnahme der Kurvenform der Wanderwellen geschieht durch ein Meßinstrument 4, das mit Hilfe der Elektronenröhre 5 (Schaltröhre) kurzzeitig und periodisch etwa entsprechend dem Zeitraum Δ t der Abb. 1 an die Leitung 1 angeschlossen wird und so infolge der periodischen Stromstöße einen Ausschlag zeigt, der dem Momentanwert der Spannungskurve der Wanderwellen entspricht. 20 ist ein regulierbarer Vorschaltwiderstand. Für die Einstellung der gewünschten Phasenlage der kurzzeitigen Einschaltung dient eine zweite Elektronenröhre 6, die eine Steuerelektrode 7 an der Röhre 5 unter Spannung setzt und so diese Röhre momentan ein- und ausschaltet. Um das zu erreichen, besitzt die Röhre 6 eine Glühkathode 8, die derart ausgeführt ist, daß sie bei der Speisung der Röhre durch eine Gleichstromquelle 9 einen bündelartigen Kathodenstrahl aussendet. Die Anode 10 der Röhre ist ringförmig ausgebildet und in einzelne Segmente zerlegt. Diese Segmente sind über Widerstände 11 mit dem zweiten Pol der Gleichstromquelle verbunden. Der Kathodenstrahl 23 beschreibt nun unter der Einwirkung eines durch die Patten 12 erzeugten elektrostatischen Drehfeldes, das mit der iao Grundfrequenz oder einem Vielfachem der durch den Schalter 2 erzeugten Wanderwel-

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len umläuft, längs der Segmente der Anode eine kreisförmige Bahn und schickt daher in einem bestimmten Zeitpunkte durch das Segment 13 und durch den vorgeschalteten Widerstand 14 einen Strom. Da der Widerstand mit der Kathode 16 und der Steuerelektrode 7 der Röhre 5 verbunden ist, so wird dabei die Steuerelektrode 7 kurzzeitig erregt und in der Röhre 5 die geschilderten Vorgänge ausgelöst. Für die Erzeugung des elektrostatischen Drehfeldes ist eine Drehstromdynamo 15 vorgesehen, die zur Erzielung richtiger Frequenz mit dem Motor, der den Schalter periodisch ein- und ausschaltet, gekuppelt ist. Die Platten 12 sind in der gezeichneten Art mit den einzelnen Phasen dieser Drehstromdynamo verbunden.

Über die besondere Ausbildung der Schaltröhre ist folgendes zu sagen: Die Glühkathode 16 dieser Schaltröhre ist wieder derartig ausgebildet, daß sie einen Kathodenstrahl aussendet. Sie ist mit dem einen Pol der Leitung 1 unmittelbar 'verbunden. Die Röhre besitzt nun zwei Anoden 17 und 18.

Von diesen ist die Anode ij hinter dem Meßinstrument 4 an den zweiten Pol der Leitung ι angeschlossen, so daß ihr Strom nicht durch das Meßinstrument fließt. Die zweite Anode 18 (Meßanode) verläuft zur ersten parallel, ist aber in der Röhre seitlich angeordnet. Sie ist über das Meßinstrument an den zweiten Pol der Leitung angeschlossen. Infolge dieser seitlichen Anordnung der Anode 18 wird der Kathodenstrahl, nament-Hch wenn man zwischen den beiden Anoden noch passende Widerstände einschaltet, zum weitaus größten Teil die Anode 17 treffen, so daß durch das Meßinstrument kein Strom fließt. Um nun kurzzeitig zur punktweisen Aufnahme der Spannungskurve der Wanderwellen einen Strom durch das Meßinstrument zu schicken, ist erstens ein durch die Spule 19 erzeugtes magnetisches Feld vorgesehen und zweitens die Steuerelektrode 7, die, wie bereits erwähnt, von der Röhre 6 im richtigen Zeitpunkt erregt wird. Das magnetische Feld hat dabei in Verbindung mit einer besonderen kurvenförmigen Ausbildung der Aleßanode r8 die Aufgabe, zu bewirken, daß der Kathodenstrahl stets bei derselben Stärke der Steuerelektrodenerregung die Meßanode trifft und damit den kurzzeitigen Stromstoß im Meßinstrument auslöst, unabhängig davon, wie groß in diesem Moment der Momentanwert der Wanderwellenspannung an der Kathode ist. Die Geschwindigkeit der Elektronen des Kathodenstrahles und damit ihre Ablenkbarkeit (Härte) verändert sich nämlich entsprechend der Momentanspannung der aufzunehmenden Wanderwellen. Die Steuerelektrode 7 würde daher an sich bei einem geringe ι Momentanwert der Wanderwellenspannung auch bereits bei einer geringeren Erregung im Stande sein, den Kathodenstrahl zur Meßanode hiniiberzulenken. Dies würde die konstante Dauer der kurzzeitigen Einschaltung der Röhre 6 ungünstig beeinflussen, da der Erregerstoß an der Elektrode 7 auch nicht momentan einen bestimmten Wert einnimmt. Das magnetische Feld lenkt nun den Kathodenstrahl je nach der Geschwindigkeit seiner Elektronen mehr oder weniger in der punktiert angedeuteten Art in einer fächerartigen Ebene 21 ab, und zwar werden die Kathodenstrahlen mit geringerer Spannung mehr abgelenkt als die mit hoher Spannung. Die Meßanode besitzt nun von der Lage dieser verschiedenen Kathodenstrahlen ebenfalls einen verschiedenen Abstand, und zwar derart, daß die Meßanode von den mehr abgelenkten Strahlen weiter entfernt ist. Der Abstand ist dabei derart eingerichtet, daß bei einer bestimmten konstanten Erregung der Steuerelektrode der Kathodenstrahl durch diese Elektrode gerade bis zur Meßanode geleitet wird, gleichgültig wie groß die Geschwindigkeit der Elektronen im Strahl ist. Die Meßanode wird daher immer nur bei einer bestimmten Erregung der Steuerelektrode eingeschaltet, unabhängig davon, in welchem Zeitpunkte der Wanderwellenkurve diese Erregung erfolgt.

Die Wirkungsweise der Gesamtanordnung ist zusammengefaßt folgende: Die auf der Leitung 1 ausgelösten Wanderwellen schicken zwar durch die Schaltröhre 5 einen der Wanderwellenspannung entsprechenden Strom. Dieser geht aber normalerweise nicht durch das Meßinstrument, sondern über die Anode 17 unmittelbar zur Leitung zurück. Die kurzzeitige Überleitung des Kathodenstrahles auf die Meßanode 18 in einem bestimmten Zeilpunkte der Wanderwellenkurve geschieht durch die Erregung der Steuerelektrode 7 in diesem Zeitpunkte, indem der Kathodenstrahl dann auf die Meßanode geworfen wird. Die Einstellung dieses Zeitpunktes erfolgt durch die entsprechende Verstellung des elektrostatischen Drehfeldes. Die Platten 12 für die Erzeugung dieses Drehfeldes sind dazu auf einem drehbaren Ring 22 befestigt. Die Scheibe wird gemäß einer Teilung T verstellt. Der Kathodenstrahl der Röhre 6 wird dann in diesem Zeitpunkte das Segmentstück 13 treffen und so die Steuerelektrode der Schaltröhre unter Spannung setzen. Im nächsten Moment ist der Kathodenstrahl bereits wieder weitergewandert, und der Meßstromkreis ist'bereits wieder ausgeschaltet.

Selbstverständlich kann man (las Drehfeld an der Röhre 6 auch auf elektromagnetischem

Wege mittels entsprechender Spulen herstellen, ebenso ist man nicht auf ein Drehfeld angewiesen, sondern man kann auch ein elektrostatisches oder elektromagnetisches Wechselfeld verwenden und dieses Wechselfeld in der zeitlichen Phase einstellbar machen. Der Kathodenstrahl der Röhre 6 wird dann nicht eine kreisförmige, sondern eine lineare Bahn beschreiben. Die Wirkungsweise ist aber

ίο sonst dieselbe. Ebenso kann man das magnetische Feld der Schaltröhre 5 durch ein entsprechendes elektrostatisches Feld ersetzen, bzw. man kann als Steuerelektrode eine magnetisch wirkende .Vorrichtung verwenden.

Will man nicht eine punktweise Aufnahme der Wanderwellen bzw. einer ähnlichen periodischen Erscheinung durchführen, sondern will man den Mittelwert eines mehr oder weniger großen Teiles der Wanderwelle feststellen, dann kann dies einfach dadurch erreicht werden, daß man mehrere aneinanderliegende Segmente auf der kreisförmigen Bahn der Elektronenröhre 6 miteinander verbindet, so daß während einer längeren Zeit der Widerstand einen Strom führt und damit die Steuerelektrode erregt.

Claims

Patent-Ansprüche: *

1. Oszillograph zur punktweisen Aufnähme periodischer elektrischer Erscheinungen mittels kurzzeitiger Einschaltung der elektrischen Erscheinung in den Stromkreis einer Meßvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die

■ 35 kurzzeitige Einschaltung der elektrischen Erscheinung als auch die Einstellung der Phasenlage der kurzzeitigen Einschaltung durch Elektronenröhren bewirkt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Kathode der Elektronenröhren ausgehende Strom die Form eines Strahlbündels oder Bandes besitzt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, *5 dadurch gekennzeichnet, daß bei einer in dem Meßstromkreis der elektrischen Erscheinung liegenden Schaltröhre eine den Meßstrom führende Anode in bezug auf die Kathode und in bezug auf eine Steuerelektrode derart angeordnet ist, daß im wesentlichen nur bei der kurzzeitigen und über die Periode der elektrischen Erscheinung einstellbaren Erregung dieser Steuerelektrode im Meßstromkreis ein Strom fließt.

4. Anordnung nach Anspruch 3 zur

kurzzeitigen und über die Periode der elektrischen Erscheinung einstellbaren Erregung der Steuerelektrode, gekennzeichnet durch eine zweite Elektronenröhre, deren Kathodenstrahl unter der Einwirkung eines mit der elektrischen Erscheinung frequenzgleichen oder frequenzvielfachen und räumlich einstellbaren elektrostatischen oder magnetischen Drehfeldes oder eines in der zeitlichen Phase einstellbaren Wechselfeldes etwa eine kreisförmige, oder elliptische oder lineare Bahn beschreibt und dabei die Steuerelektrode der Schaltröhre kurzzeitig, z. B. mittels Anschließen eines geeigneten Stromkreises, erregt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenstrahl der zweiten Elektronenröhre durch eine konstante Gleichspannung erzeugt wird.

6. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine zweite hinter der Meßvorrichtung zur Meßanode parallel geschaltete Anode, die eine derartige räumliche Lage zur Meßanode .einnimmt, daß der Kathodenstrahl bei unerregter Steuerelektrode im wesentlichen nur diese zweite Anode, bei erregter Steuerelektrode im wesentlichen nur die Meßanode trifft.

7. Anordnung nach Anspruch 3 oder 6, gekennzeichnet durch eine derartige Anordnung eines magnetischen oder elekfrischen Feldes an der Schaltröhre, daß der Kathodenstrahl bei verschiedenen Spannungen, z. B. in einer fächerartigen Ebene, verschiedene Lagen einnimmt, und durch einen derartigen Abstand der Meßanode von den einzelnen Lagen des Kathodenstrahles, daß der Strahl stets bei derselben Stärke der Steuerelektrodenerregung die Meßanode erreicht.

8. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch ein Kontaktsegment in der Bahn des Kathodenstrahles der zweiten Röhre, das über einen Widerstand und über eine zweckmäßig ebenfalls konstante Stromquelle (z. B. über die Stromquelle für die Erzeugung des Kathodenstrahles) mit der Kathode der Röhre verbunden ist und der Widerstand außerdem mit der Steuerelektrode der Schaltröhre derart verbunden ist, daß ein durch den Widerstand fließender Strom die Steuerelektrode erregt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.